大型礦用潛水泵在布沼壩露天煤礦防洪排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣海江，彭樹(shù)梁，張 記，陳 旭

（云南省小龍?zhí)兜V務(wù)局，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661699）

云南小龍?zhí)兜V務(wù)局布沼壩露天礦是一個(gè)地處山間盆地的深凹型露天煤礦，露天礦所在地區(qū)具有雨季長(zhǎng)、強(qiáng)降雨極端天氣多的特點(diǎn)。連續(xù)性強(qiáng)降雨天氣時(shí)有發(fā)生，歷史上就曾幾次出現(xiàn)坑內(nèi)匯入水量遠(yuǎn)超排水系統(tǒng)能力以致洪水進(jìn)入泵房，險(xiǎn)些造成事故。布沼壩露天礦過(guò)去采用固定水泵房構(gòu)成的防洪排水系統(tǒng)，這種排水系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患，即當(dāng)遭遇長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)強(qiáng)降雨或意外原因?qū)е碌V坑內(nèi)匯水量大大超過(guò)系統(tǒng)排水能力時(shí)，固定水泵房一旦被淹將導(dǎo)致系統(tǒng)完全喪失排水能力，造成重大的財(cái)產(chǎn)損失[1-3]。

為提高露天煤礦排水系統(tǒng)的抗洪能力與可靠性，確保礦坑安全，必須考慮構(gòu)建不懼水淹的高可靠性防洪排水系統(tǒng)。經(jīng)不斷考察調(diào)研及多次論證，提出了采用大型礦用潛水泵構(gòu)建排水系統(tǒng)以確保礦坑防洪排水系統(tǒng)可靠運(yùn)行的方案，并在布沼壩露天煤礦+950 m 水平降段工程中得以圓滿實(shí)施。

1 固定水泵房排水系統(tǒng)的主要缺陷

固定水泵房排水系統(tǒng)一般是在坑內(nèi)最低位置建造水泵房及儲(chǔ)水池，安裝若干臺(tái)相應(yīng)排水能力的水泵及排水管道，構(gòu)成防洪排水系統(tǒng)，這種排水系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的安全隱患，以布沼壩露天礦+963 m 水平固定泵排水系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。

1.1 系統(tǒng)可靠性不高

固定水泵房構(gòu)成的排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及環(huán)節(jié)多，除電控系統(tǒng)外還必須裝設(shè)抽空泵、抽空管路、軸承冷卻管路等輔助系統(tǒng)，開(kāi)停泵操控繁瑣，故障點(diǎn)自然增多。

1）除通常的水泵、電機(jī)及電控系統(tǒng)故障外，突出的問(wèn)題是冷卻系統(tǒng)斷水燒損軸承、盤(pán)根磨損及相關(guān)閥件漏氣、真空泵損壞等以致水泵無(wú)法抽水。

2）維修保養(yǎng)中易出現(xiàn)水泵-電機(jī)間對(duì)中不良、基礎(chǔ)沉降變形松動(dòng)等引起震動(dòng)故障，操作運(yùn)行不慎出現(xiàn)嚴(yán)重汽蝕損傷水泵。

3）當(dāng)遭遇長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)強(qiáng)降雨或意外原因?qū)е碌V坑內(nèi)的匯水量超過(guò)其總排水能力時(shí)，固定水泵房一旦被淹將導(dǎo)致系統(tǒng)完全喪失排水能力，造成嚴(yán)重的安全事故。

1.2 操控運(yùn)行與維護(hù)修理環(huán)節(jié)多

1）水泵啟動(dòng)前須檢查調(diào)整相關(guān)輔助系統(tǒng)。首先要調(diào)整更換密封填料，既要確保系統(tǒng)不漏氣，又要防止密封填料填得過(guò)多；其次水泵運(yùn)行中因工況調(diào)整不當(dāng)，如超排量排水、水位控制不及時(shí)以致水位過(guò)低等造成水泵產(chǎn)生嚴(yán)重汽蝕甚至損壞[4]。

2）為確保雨季防洪主排水設(shè)備的可靠性，每年雨季前都必須將設(shè)備拆除吊運(yùn)至車(chē)間進(jìn)行大修，更換因軸向力問(wèn)題及汽蝕問(wèn)題引起的葉輪、導(dǎo)葉、平衡盤(pán)、軸套等損傷的配件，并對(duì)高壓電機(jī)檢測(cè)保養(yǎng)。每次吊裝設(shè)備都必須拆卸泵房屋頂?shù)容^多輔助準(zhǔn)備工作，在拆卸、安裝屋頂?shù)牟输撏哌^(guò)程中不僅存在人員高空滑落的危險(xiǎn)，而且泵房屋頂經(jīng)多次拆裝后變形嚴(yán)重，以致出現(xiàn)屋頂漏雨問(wèn)題。

1.3 經(jīng)濟(jì)性環(huán)保性不佳

1）隨著開(kāi)采深度的不斷降深，一般3～5 年就需要新建水泵房及相關(guān)附屬設(shè)施，同時(shí)還需浪費(fèi)大量人力財(cái)力拆除原水泵房相關(guān)基建設(shè)施。

2）泵房?jī)?nèi)大型水泵運(yùn)行過(guò)程中噪聲大、溫度高，工作環(huán)境惡劣。人員每次進(jìn)入泵房巡檢設(shè)備都必須嚴(yán)格佩戴耳塞且不能長(zhǎng)時(shí)間滯留在泵房?jī)?nèi)。

3）為確保泵房設(shè)備的安全，雨季期間必須隨時(shí)把水位控制在最低位置，難以實(shí)現(xiàn)電力錯(cuò)峰運(yùn)行，水泵經(jīng)常運(yùn)行于用電高峰，峰值電費(fèi)較高。

2 大型礦用潛水泵排水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

大型礦用潛水泵構(gòu)成的防洪排水系統(tǒng)有以下突出優(yōu)勢(shì)：

1）儲(chǔ)水能力增加。泵體常年浸入水中，電控裝置可安裝在高于水泵數(shù)十米的地方，不怕水淹、不需在坑底建蓋水泵房及設(shè)備基礎(chǔ)，可加大坑底儲(chǔ)水容量。

2）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。水泵本身就在水中，即便匯入礦坑內(nèi)的水量遠(yuǎn)大于排水總能力，造成少部分工作面被淹，但所配置的水泵仍能正常排水，排水能力不受影響。

3）操作便捷。系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，無(wú)需抽空、軸承冷卻等輔機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備，操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，只需操作起動(dòng)、停泵按鈕，易實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)控制改造。

4）維修保養(yǎng)方便。水泵、電機(jī)為一體化設(shè)備，不存在水泵－電機(jī)間對(duì)中調(diào)整困難問(wèn)題；水泵本身置于水中，產(chǎn)生汽蝕的可能小，且其為雙吸式結(jié)構(gòu)，軸向推力自動(dòng)平衡，葉輪、導(dǎo)葉等零件不易損傷，一般3年內(nèi)僅需作一些常規(guī)性的檢查保養(yǎng)，無(wú)需整機(jī)解體維修。

5）經(jīng)濟(jì)環(huán)保性好。水泵安裝簡(jiǎn)單方式靈活，無(wú)需建造泵房及設(shè)備基礎(chǔ)，其電控設(shè)施安裝在可移動(dòng)電控室內(nèi)，當(dāng)再次降段時(shí)根據(jù)需要遷移即可，避免重復(fù)基建投入；易實(shí)現(xiàn)電力錯(cuò)峰運(yùn)行，一般情況下不在用電高峰期排水，可在夜間用電低谷時(shí)排水，以降低電費(fèi)成本；水泵運(yùn)行平衡、無(wú)震動(dòng)、且在水池內(nèi)，基本聽(tīng)不到運(yùn)行噪聲。

3 布沼壩露天礦大型礦用潛水泵防洪排水系統(tǒng)

大型礦用潛水泵排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)固定水泵房排水系統(tǒng)相比，除同樣需要配置排水管道與電控裝置外，最大的區(qū)別就是必須選用結(jié)構(gòu)先進(jìn)、保護(hù)功能齊全、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的潛水泵及不怕水淹的相關(guān)控制閥，同時(shí)還要綜合考慮以下方面。

1）潛水泵與排水管道。①水泵及管路參數(shù)需根據(jù)水文地質(zhì)及歷史氣象資料，按防洪排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求及潛水泵不怕水淹的特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)相應(yīng)的排水管路、潛水泵、控制閥件等規(guī)格數(shù)量與相關(guān)參數(shù)；②選用臥式安裝的潛水泵，用以在雨季期間盡量壓低儲(chǔ)水池水位，增強(qiáng)抗洪儲(chǔ)水能力；③露天煤礦多為偏酸性水質(zhì)，應(yīng)選用結(jié)構(gòu)先進(jìn)、零配件材質(zhì)耐磨、抗酸防腐性好、監(jiān)控保護(hù)設(shè)施齊全、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，一般應(yīng)采用雙吸式泵體結(jié)構(gòu)，不銹鋼材質(zhì)葉輪、水潤(rùn)滑型新型FB102 復(fù)合材料軸承、充水型潛水電動(dòng)機(jī)，潛水電動(dòng)機(jī)需配置缺水、繞組溫度監(jiān)測(cè)保護(hù)。

2）電控系統(tǒng)。為減小大型潛水泵起動(dòng)時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)的沖擊，確保供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，一般需加裝可自動(dòng)調(diào)整的、啟動(dòng)性能優(yōu)越、對(duì)電網(wǎng)及通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)諧波干擾的高可靠軟啟動(dòng)裝置，除常規(guī)的保護(hù)外需同時(shí)設(shè)置具有充水式潛水電機(jī)缺水、繞組溫度監(jiān)測(cè)、及儲(chǔ)水池水位過(guò)高過(guò)低報(bào)警等潛水泵綜合保護(hù)裝置及高壓動(dòng)態(tài)絕緣監(jiān)測(cè)裝置。

3）控制閥。為充分發(fā)揮潛水泵排水系統(tǒng)不怕水淹的特點(diǎn)，控制閥不應(yīng)再選擇傳統(tǒng)的電動(dòng)閘閥，應(yīng)選用無(wú)需電源的具有緩開(kāi)緩閉止回閥、閘閥、防水錘等功能的污水型多功能液力自控閥。

4 大型礦用潛水泵防洪排水系統(tǒng)的實(shí)施效果

4.1 排水系統(tǒng)主要設(shè)備設(shè)施

通過(guò)設(shè)計(jì)與論證[5]，布沼壩露天礦+950 m 水平降段工程的主排水系統(tǒng)由2 臺(tái)排水量1 100 m3/h，揚(yáng)程255 m、電機(jī)功率1 200 kW、電壓6 kV 的BQ1100-255/3-1200/WS 礦用潛水泵[6]及DN620 專用排水管道并配以BFDZ703H-40C 污水型多功能液力自控閥構(gòu)成。其電控裝置安裝于+975 m 水平，配置2 面具有電機(jī)缺水、繞組溫度監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)水池水位報(bào)警、絕緣監(jiān)測(cè)功能的RYZQ 高壓干式調(diào)壓軟啟動(dòng)柜[7]。主排水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)雨季期間將礦坑內(nèi)的水從+944 m 水平排到+1 090 m 的防洪溝的排水任務(wù)。干旱季節(jié)期間，主排水泵停止向坑外排水，另配置2 臺(tái)排水量725 m3/h，揚(yáng)程53 m、電機(jī)功率160 kW、電壓380 V 的BQ725-53/2-160/WS 礦用潛水泵用于旱季時(shí)將+944 m 水平的水排到繼續(xù)留用的+963 m水平固定水泵排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水池內(nèi)，以確保旱季防塵滅火用水的需要。

4.2 系統(tǒng)實(shí)施效果

設(shè)備安裝裝調(diào)試完成后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行及相關(guān)參數(shù)測(cè)試證明潛水泵防洪排水系統(tǒng)性能優(yōu)越。

系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、噪聲低；操控簡(jiǎn)單不需抽排空氣，只需操控啟動(dòng)、停機(jī)按鈕即可完成操作；無(wú)抽空系統(tǒng)不存在系統(tǒng)漏氣無(wú)法排水問(wèn)題，同時(shí)，多功能液力控制閥的緩閉功能有效消除了意外停電致使系統(tǒng)產(chǎn)生水錘的問(wèn)題；電控系統(tǒng)高于潛水泵近31 m，具有較高的抗洪可靠性；與固定水泵相比其運(yùn)行效率更高，有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)；維護(hù)工作量小，一般每3 年才需將水泵吊出水面進(jìn)行檢查更換相關(guān)的易損件；加裝相關(guān)傳感器[8]及監(jiān)控系統(tǒng)后可實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的無(wú)人值守運(yùn)行，以節(jié)省人力資源的投入；無(wú)需建蓋水泵房及設(shè)備基礎(chǔ)，節(jié)省了基建投資。

5 結(jié)語(yǔ)

潛水泵排水系統(tǒng)比傳統(tǒng)的固定水泵排水系統(tǒng)相比有著諸多優(yōu)勢(shì)，能較大地提高露天礦的防洪排水能力及可靠性，較好保障了露天礦山的安全生產(chǎn)。潛水泵排水系統(tǒng)在露天礦山推廣應(yīng)用時(shí)，還需積極推進(jìn)智能控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)運(yùn)行。